Kimyasal Denge

KİMYASAL DENGE

• KİMYASAL DENGE





Bu bölüme kadar kimyasal olayları tek yönlü reaksiyonlar olarak düşünmüştük Gerçekte ise çoğu kimyasal olaylar iki yönlü tepkimelerdir
Örnek olarak sabit sıcaklıkta kapalı bir kapta :

tepkimesini inceleyelim Kaba önce bir miktar X ve Y koyalım Zamanla X ve Y nin reaksiyona girmesinden dolayı miktarı azalacak, Z ve T nin miktarı artacaktır Oluşan Z ve T reaksiyona girip tekrar X ve Y oluşturacaktır Bir müddet sonra X ve Y’den Z ve T oluşma hızı ile, Z ve T den X ve Y oluşma hızı birbirine eşit olur Bu duruma denge durumu denir
Bu sırada maddelerin konsantrasyonu değişmemekle birlikte her iki yönde reaksiyon eşit hızda sürmektedir (Dinamik denge) Denge tepkimelerinin çift okla gösterilmesinin sebebi budur
Her iki yöndeki reaksiyon için hız bağıntısını yazalım
İleri yöndeki RH1 = k1 [X] [Y]
Geri yöndeki RH2 = k2 [Z] [T]
Denge durumu RH1 = RH2 dir Değerleri yerine koyup düzenlersek;
k1 [X] [Y] = k2 [Z] [T]

K’ya kimyasal denge sabiti denir
Bu eşitlik sözle aşağıdaki şekilde ifade edilir

NOT : Denge sabitine katı ve sıvı fazdaki maddeler yazılmaz, gaz fazındaki ve suda çözünmüş durumdaki maddeler yazılır

Bazı reaksiyonlar için denge sabitini yazalım

NİÇİN DENGE?
Bazı reaksiyonlar tek yönlü bazı reaksiyonlar çift yönlüdür Bunun izahını şöyle yapabiliriz:

1. Maksimum düzensizliğe eğilim
2. Minimum enerjiye eğilim

Bir kimyasal reaksiyonda minimum enerjiye eğilim ilkesi denklemi bir tarafa, maksimum düzensizliğe eğilim ilkesi diğer tarafa destekliyorsa bu tür reaksiyonlar genellikle denge reaksiyonudur
Maksimum düzensizlik: Sıvılar katılara göre daha düzensiz, gazlar sıvılara göre daha düzensizdir Mol sayısı fazla olan gaz, az olan gaza göre daha düzensizdir Bir katı bir sıvıda çözünürse düzensizliği artar Bir gaz bir sıvıda çözünürse düzensizliği azalır
Minimum Enerji: Bir reaksiyonda ısının bulunduğu taraf (endotermikte sol, ekzotermikte sağ taraf) minimum enerji eğiliminin olduğu taraftır

denklemine göre; Maksimum düzensizlik sola doğru eğilimli ve minimum enerji sağa doğru eğilimlidir

denklemine göre; Maksimum düzensizlik sola doğru eğilimli ve minimum enerji sağa doğru eğimlidir

DENGE SABİTİ İLE İLGİLİ HESAPLAMALAR
Denge sabiti ile ilgili hesaplamalar yapılırken reaksiyona giren maddelerin başlangıç miktarları yazılır, dengeye ulaşıldığında harcanan ve oluşan maddeler hesaplanarak denge anındaki derişimler hesaplanır

Örnek - 1

tepkimesine göre 1 lt'lik bir kapta 4 mol N2 ve 7 mol H2 alınarak dengeye ulaşıldığında kapta 4 mol H2 bulunuyor
Buna göre reaksiyonun denge sabiti Kd'nin değeri kaçtır?

Çözüm


Başlangıç :
Değişme :
Denge :
4 mol
-1
3 mol
7 mol
-3
4 mol
0 mol
+2
2 mol
Hacim 1 litre olduğundan mol sayıları derişime eşittir


KISMİ BASINÇLAR TÜRÜNDEN DENGE SABİTİ (Kp)

Kp ile Kd arasında Kp = Kd(RT)Dn ilişkisi vardır
Dn : (Ürünlerin mol sayısı - Girenlerin mol sayısı)
R : Gaz sabiti
T : Mutlak sıcaklık (°K)

DENGE SABİTİNİN DEĞİŞİMİ

1. Bir denge reaksiyonu ters çevrilirse, K denge sabiti olarak alınır

tepkimesinin denge sabiti 25 ise

tepkimesinin denge sabiti 1/25'tir

1. Bir tepkimenin katsayıları n ile çarpılırsa, K'nın n'ninci kuvveti alınır

tepkimesinin denge sabiti 4 ise

tepkimesinin denge sabiti (4)2 = 16'dır

1. Herhangi bir tepkime diğer tepkimelerin toplamından oluşuyorsa, bu tepkimenin
   K (denge sabiti), diğer tepkimelerin denge sabitlerinin çarpımına eşittir

DENGEYE ETKİ EDEN FAKTÖRLER
Dengedeki bir sisteme dışarıdan herhangi bir etki yapıldığında denge reaksiyonu sağa veya sola kayarak tekrar dengeye gelmek ister Yani dışarıdan yapılan etkiye ters şekilde etki verir Buna Le Chatelier prensibi denir

1 Derişim

1. Tepkime dengede iken kaba X gazı eklemek hangi değişikliklere yol açar

• Reaksiyon sağa doğru kayar
• T miktarı ve derişimi artar
• Z miktarı artar ancak derişimi değişmez
• Y miktarı azalır
• X miktarı artar
• k sabiti değişmez (Sadece sıcaklıkla değişir)

1. Tepkime dengede iken kaptan bir miktar Y gazı alınırsa hangi değişiklikler olur

• Reaksiyon sola kayar
• Z ve T’nin miktarı azalır
• X miktarı artar
• Y miktarı azalır
• k sabiti değişmez

1. Kaba Z katısı eklemek hangi değişikliklere sabep olur?

• Z katı olduğundan dengeyi etkilemez

2 Basınç - Hacim
Basıncın artması hacmin azalması demektir Basınç artarsa reaksiyon mol sayısı fazla olan taraftan az olan tarafa kayar Mol sayısı eşit olan reaksiyonlarda basınç - hacim değişiminin dengeye etkisi olmaz

3 Sıcaklık
Sıcaklık k sabitini değiştirir Denge sabitleri yalnızca sıcaklıkla değişir Denge tepkimelerinde ısı tıpkı bir madde gibi düşünülmelidir Ekzotermik reaksiyonlarda ısı sağ tarafa yazıldığından sıcaklık arttırılınca reaksiyon sola kayar K sabiti küçülür Endotermik reaksiyonlarda ısı sol tarafa yazıldığından sıcaklık arttırıldığında reaksiyon sağa kayar K sabiti büyür
Not 1 : Dengedeki bir tepkimeye katalizör kullanılması dengeyi etkilemez Ancak dengeye ulaşmamış reaksiyonlarda katalizör kullanılması, dengeye ulaşma hızını arttırır
Not 2 : Dengedeki bir reaksiyona, reaksiyona girmeyen herhangi bir madde eklemek dengeyi etkilemez

DENGEYİ KONTROL
Herhangi bir anda reaksiyonun dengede olup olmadığının incelenmesi olayıdır Herhangi bir andaki bulunan derişimler denge ifadesinde yerine yazılır Bulunan değer Kd'ye eşit çıkarsa sistem dengededir, denilir Bulunan değer Kd'den büyükse reaksiyon sola doğru işliyor, bulunan değer Kd'den küçükse reaksiyon ürünler yönüne (sağa doğru) işliyor, demektir

Örnek - 2

1 lt'lik bir kapta 2 mol X, 3 mol Y, 1 mol T ve 1 mol Z bulunduğu anda;
I Sistem dengededir
II Zamanla X ve Y miktarı artar
III Reaksiyon sağa doğru ilerler
ifadelerinden hangisi ya da hangileri doğrudur?

Çözüm
Dengeyi kontrol etmek için verilen derişimler yerine konularak bulunan değer K' olsun

Gerçek denge sabiti Kd = 3 olduğundan tepkime sağa doğru kayacaktır X ve Y miktarları azalacak, Z ve T miktarları ise artacaktır
Buna göre Cevap Yalnız III olur
Şayet K' = Kd olsaydı, sistem dengededir ifadesi doğru olurdu

KİMYASAL DENGE



Kimyasal denge,tersinir bir kimyasal tepkimede,her iki yöndeki tepkime hızlarının eşit olması ve tepken derişimlerinin değişmemesi durumuTersinir bir kimyasal tepkime,ortaya çıkan ürünlerin derhal birbirleriyle tekrar tepkiyerek başlangıç tepkenlerini oluşturduğu tepkimedirDenge durumunda her iki yöndeki tepkimenin hızı da aynı olduğundan maddelerin miktarı değişmez ve tepkimenin tamamlandığı,yani belirli bir tepkime koşulunda tepkenlerin ürünlere dönüşümünün en yüksek olduğu duruma ulaşıdığı düşünülür

Dengeyi sağlayan koşullar nicel bir eşitlikle gösterilebilir



Belirli bir bir sıcaklık ve basınçta,denge durumunda ürünlerin ve tepkenlerin miktar olarak oranı sabittirK simgesiyle gösterilen bu sabite tepkime denge sabiti denirLe Chatelier ilkesine göre,denge sabitinin değeri sıcaklığa ve basınca bağlı olarak değişir(bakLe Chatelier,Henry-Louis)

İstatistiksel mekanik ve kimyasal termodinamik yöntemlerle denge sabitinin ,tepkimenin standart Gibbs serbest enerjisi denen termodinamik büyüklüğünde ortaya çıkan değişikliğe bağlı olduğu gösterilebilirTepkimenin standart Gibbs serbest enerjisi



Bu eşitlik yardımıyla denge sabiti ya da denge durumunda bulunan ürünlerin ve tepkenlerin bağıl miktarları,maddelerin ölçülmüş ya da türetilmiş standart serbest enerji değerlerinden hesaplanabilir



Kaynak;AnaBritannica cilt 19 sayfa 84 frmsinsinet için derlenmiştir